岩爆模拟材料的筛选试验研究

根据岩爆模拟试验的要求,进行了相似材料的配合比试验,筛选出若干适合作为岩爆模型的相似材料。试验过程中就试验设备、材料配合比、模型制作、典型试验等方面进行了有益的探讨。     

岩爆的相似材料物理模拟研究

 根据不同配合比相似材料的物理力学性质测试结果,选取最具岩爆倾向的相似材料,结合一水电站引水隧洞典型断面,制作大尺寸模型,采取后开孔的隧洞成洞方式进行岩爆物理模拟试验研究。结果表明：在模型的边界条件保持工程区天然应力状态下,隧洞开挖过程中拱顶、拱肩和边墙部位在不同的时间段内分别有较明显的应力、应变突变现象,围岩声发射次数也表现出剧烈增大现象,说明围岩出现明显的岩爆表征。模型在超载条件下出现围岩剥落、鼓折和开裂现象,表明原型隧道段以剥落、鼓折式张性岩爆为主。     

岩爆模拟试验及岩爆机理研究

在岩爆模拟材料筛选试验的基础上，选取了最具岩爆倾向的材料制作含孔试件进行了含洞室岩体的岩爆模拟试验，试验中考察了加载条件，开孔方式、几何特性等诸因素的影响，探讨了岩爆发生机理，得到了一些规律性的结果。     

岩爆物理模拟试验研究现状及思考

 岩爆受岩性、应力条件、开采条件等因素影响,发生机制极其复杂,而物理模拟试验研究岩爆具有独特优势。在总结前人研究成果的基础上,从岩爆物理模拟研究的试验仪器、相似材料、加载、开挖、支护和监测测量方法等方面,详细论述当前岩爆物理模拟研究存在的不足和未来的发展方向。主要得到以下结论：建立适合于岩爆的脆性相似判据并研制“低强度、高脆性”的相似材料,是岩爆物理模拟试验成功的基础;分别在理论上和试验方法上解决硬性结构面的相似性判别方法和制作工艺,是研究结构面型岩爆的关键;在保证加载的准确性和受力的均匀性基础上,研制大吨位的加载装置和可考虑复杂岩–机相互作用的TBM掘进机及钻爆法施工工艺,是研究不同岩爆影响因素的保证;开发能够与“硬岩”岩爆以开裂为主的典型变形破坏特征相适应的多元信息监测和测试系统,是成功解译岩爆孕育演化特征和规律的先决条件。研究结论将有助于改进岩爆的物理模拟试验研究现状,为建立岩爆风险的合理评估、准确预测及防控方法提供科学依据。     

抛掷型岩爆机制与模拟试验技术

 为探讨高地应力隧洞岩爆机制,在岩爆试件试验的基础上,对抛掷型岩爆机制提出4点新的认识,即围岩中要发生抛掷型岩爆,单靠岩爆体本身积蓄的能量还不够,必须要有周围岩体对其破坏过程进行能量补充;工程中发生岩爆时,洞壁围岩会对岩爆体产生能量汇聚,这是抛掷型岩爆发生的重要前提;在抛掷型岩爆发生过程中,动、静状态转化是由洞壁围岩对岩爆体释放的能量有剩余造成的;在岩爆应力判据中,围岩在 = 0.3～0.7的条件下就可能发生岩爆,甚至可能发生强烈岩爆,这是因为围岩不是均质体,围岩内存在应力集中区和软弱结构区。现有的岩爆模拟试验采用油压控制系统加载无法实现抛掷型岩爆,这是因为油路供油速度缓慢所致。对抛掷型岩爆模拟试验技术,提出新的试验方案,研发新的试验装置,开展新的岩爆模拟试验。实践证明提出的试验技术和试验装置均能较好地模拟抛掷型岩爆现象,可供岩爆机制研究、教学及相关工程建设参考。     

岩体相似材料试验研究

依托广州市轨道交通沿线岩溶地质环境及处理专题研究,从骨料与胶结物的配比、胶结物中各胶结材料的掺量、水灰比对试块强度的影响等三个方面进行研究,采用正交试验法得到了模拟原岩的相似材料及其配比。并对以水泥、明矾为胶结材料的相似材料进行了初步的试验研究,为今后的研究提供了一定的参考依据。     

基于量纲分析的深埋硬岩相似材料研究

In order to obtain a similar model of deeply buried limestone with rock burst propensity, the rock burst similarity criterion is established based on the principle of rock burst energy based on the magnitude analysis method, and the relevant parameters of the rough rock are estimated by referring to the relevant parameters of the proto rock and the similarity criterion of the rock burst. The rock burst propensity index, elastic properties and dissipation energy were introduced, and the orthogonal test scheme of 4 factors and 5 levels as adopted based on the quartz powder content, barite powder content, gypsum cement mass ratio and water content, and the uniaxial compressive test was carried out to obtain various parameters. The sensitivity analysis of the test results was carried out and the preferred specimens were carried out in the secondary optimization test to improve the proportion, and the parameter error of the similar model between the specimen and the target was reduced to less than 10%, and the results showed that the error between the similar model and the target similar model after the second optimization was 5%. Moreover, dynamic impact mechanical tests are carried out on optimized specimens with different impact velocities, and the peak stress law accords with the law of limestone dynamic failure, which provided a reference for the indoor study of statics and dynamics in limestone interior.     

高黎贡山深埋隧道地应力特征及岩爆模拟试验

 以中国西南地区地质作用最复杂的高黎贡山越岭隧道为例,在隧道工程地质条件分析的基础上,对最可能发生岩爆的花岗斑岩进行真三轴岩石力学试验测试,并结合原位地应力测量结果,确定不同工况下岩爆模拟试验的三向应力量值和加载、卸载方式。岩爆模拟试验结果表明,单纯卸载和卸载–加载方式都可以出现岩爆,但卸载–加载方式的岩爆明显比单一卸载方式的岩爆要强烈,说明隧道开挖后二次应力分布引起的应力集中对岩爆的发生起着十分重要的作用。岩爆破坏过程通常具有渐进性,一般先在试件表面出现岩屑剥落,有时伴有裂纹的扩展,最后才会发生岩块的弹射现象。绝大多数试件岩爆具有明显的滞后性,表现为加载或卸载一段时间后才发生岩爆;而岩爆过程持续时间却非常短(1 s左右),具有明显的瞬时性。声发射监测结果显示,花岗斑岩在外部荷载作用下声发射强烈,对岩爆具有较好的前兆性。上述模拟结果和认识对于地质条件复杂的造山带深埋隧道工程建设具有重要的参考价值。     

接地模拟试验畸变相似模型与畸变相似项研究

接地网是电力系统重要的防雷、防静电及过电压防护设施,在接地网设计或施工前进行接地模拟试验是预测接地网接地参数、衡量接地体接地特性的常用方法。石墨复合接地材料、多层电镀接地体、扁状等一系列非圆柱形接地体在采用相似理论进行接地模拟试验时,经常面临多个相似项不能按照相似准则进行缩比的问题。首先采用量纲分析法,提出了考虑接地体的三维尺寸、接地体材料参数等相似项的接地模拟试验完全相似模型。随后,提出接地模拟试验中畸变相似项、畸变系数、单畸变相似模型以及多畸变相似项等概念,给出接地模拟试验畸变相似模型的数学表征法,并阐明了接地模拟试验中畸变相似项的来源。最后,分别搭建畸变相似模型与完全相似接地网模型,测量及仿真结果表明接地模拟试验畸变相似模型存在一定的预测误差,当预测误差较大时需要对预测结果进行修正。     

关于水泥石膏相似材料的试验研究

根据资料及以前的试验研究经验,选取模型石膏为试验材料,通过对6种不同配比制作得到的模块进行单轴试验,研究了不同配比情况下其力学性能的变化,并指出采用水泥石膏相似材料制作模型,具有价格低廉、工艺简单、材料来源广等优点。     

冲击矿压模拟试验研究

采用相似材料和煤质材料模拟煤矿冲击矿压发生的过程和现象,揭示了煤壁局部突然失稳形成片帮型冲击矿压的机制,即巷道附近压应力集中区内裂纹平行壁面扩展、贯通,形成层裂板结构,在一定压力下发生压曲破坏。此外,试验采用三维模型和现场煤样,更接实际情况,为此类试验提供了新的途径。     

断层冲击地压发生的理论与试验研究

把断层冲击地压看成是断层带与上下盘围岩系统的变形失稳,建立了扰动响应稳定性判别准则,并对断层冲击地压的一个简单模型进行了解析分析。通过粘滑失稳模型,解释了断层冲击地压的间歇性。对断层冲击地压进行了模拟试验,解释了只有达到一定开采深度才可能发生冲击地压,证实了冲击地压发生的间歇性。     

相似材料模型实验中围岩垂直应力测试的实验研究

阐述了相似材料模型实验中测试模型采动过程中工作面顶板围岩应力形成的原理,以及测试方法和实验步骤,并分析了应力环式模型支架的工作特性与标定结果.两个实验实例表明,该方法能满足实验的需要,使模拟实验可定量化分析,其应用推进了支架与围岩相互作用关系的实验室研究.     

岩石断口微观断裂机理分析与实验研究

对拉西瓦花岗岩在各种受力情况下岩石破坏断口,进行了微观扫描电镜试验研究,分析了岩石微观破坏形貌特征和微观破坏力学机制。通过试验研究和理论分析,明确地给出了高地应力地区钻孔岩芯饼状破裂和岩爆产生的微观破坏机制,为进一步分析高地应力地区脆性围岩岩爆产生的机理提供了可靠的实验依据。     

混凝土强度推算的等效龄期法

通过对"等效龄期法"公式及数据的分析,发现了该法求取平均值时有误,在修正了该误差后制定了新的等效系数T—m表。为了进一步简化计算,作者提出了利用强度系数、直接求结果的"强度系数法"。     

粗粒料颗粒破碎三轴试验研究

随着粗粒料在高土石坝等工程中广泛应用,颗粒破碎逐渐成为粗粒料工程特性研究的一个重要方面。通过三轴颗粒破碎试验,研究了某粗粒料等压固结、峰值以及不同应力水平下的颗粒破碎规律,分析了干湿状态的影响。结果表明:等压固结颗粒破碎率与围压之间以及峰值内摩擦角与颗粒破碎率之间均呈幂函数关系;相同围压下颗粒破碎率随应力水平增加而加速增加;相同应力水平下颗粒破碎率随围压增加而增加;不同围压下的颗粒破碎率与应力水平之间可进行归一化处理;同应力状态下湿态颗粒破碎率较干态大,二者差异的决定因素为材料软化系数。同时,对以上结论进行了理论分析,提出了一个颗粒破碎的估算方法,探讨了干湿状态对颗粒破碎影响与材料软化系数之间关系。     

通渝隧道围岩变形和岩爆的数值模拟

运用数值模拟手段 ,对重庆市通渝隧道在大埋深环境下的围岩应力分布特征进行了模拟分析 ,并就可能发生围岩大变形或岩爆的部位进行了预测。模拟计算的结果表明通渝隧道在大埋深环境下在两帮和边拱部位将出现岩爆 ,如果围岩是软弱岩层时 ,则可能发生Ⅱ级以上大变形。     

复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术研究进展

由于室内试验设备尺寸的限制,对筑坝堆石料开展室内试验研究时必须进行缩尺,而堆石料的力学特性具有明显的缩尺效应,因此如何通过缩尺后的试验结果反映原型级配堆石料的力学特性始终是工程界重点关注的问题之一。为研究此问题,开展了一系列堆石料室内大型旁压模型试验和大型三轴试验,提出了一种堆石料室内力学特性试验等效密度确定方法,即通过室内旁压模型试验得到堆石料旁压模量与密度的关系,然后与现场原型级配堆石料的旁压模量进行对比确定室内力学特性试验的等效密度。试验结果表明：堆石料的旁压模量随密度的增大而增大;当密度一定时,不同级配的堆石料对应不同的旁压模量;当旁压模量相等时,不同级配堆石料的力学性质是相近的,说明将旁压模量作为控制指标确定筑坝堆石料室内力学特性试验等效密度的方法是有效可行的。研究成果对解决堆石料的缩尺效应问题以及准确评估大坝安全问题提供了有力支撑。

     

基于当量钻屑法的冲击地压监测预警技术研究及应用

 针对济三煤矿现场监测数据,通过分析和数值计算,建立钻屑量、支承压力以及钻孔应力的关系,在此基础上,研制冲击地压实时监测预警系统。通过应力测量代替钻屑量作为冲击地压危险性主要监测指标和实时监测工作面前方应力场的变化规律,实现冲击地压危险区及危险程度的实时连续监测预警。自主开发的分析预警软件可以实时显示随工作面推进的支承应力动态云图和测点应力柱状图,设定报警阈值,以判断危险区域及其危险程度,预报发生冲击地压的可能性。通过多个冲击危险矿井的应用,表明该系统能准确地预报冲击危险区及其危险程度,实现高冲击危险工作面的安全开采。